【硬件攻略】射頻·射頻入門軟件篇【轉發】

2017-02-14 by:CAE仿真在線來源:互聯網

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經過了兩周的時間,想必大家通過各種信息檢索,對射頻有了初步的了解。那么本期的射頻入門(軟件篇)將帶領我們真正地探索一下射頻的神秘世界以及簡單介紹一下突破射頻重重障礙的各種神秘武器。

首先,我們先來了解一下什么是射頻。射頻(RF)是RadioFrequency的縮寫,表示可以輻射到空間的電磁頻率,頻率范圍從300KHz~300GHz之間。射頻簡稱RF,射頻就是射頻電流,它是一種高頻交流變化電磁波的簡稱。在這里呢,射頻是作為一種電磁波的形式存在。但是在射頻工程師的眼中,射頻不單單指的是電磁波,更多是傳輸這種電磁波的電路。而射頻電路是指從天線(ANT)到收、發基帶信號(RXI/Q、TXI/Q)為止的這部分電路,它包括接收射頻、發射射頻和頻率合成器三大部分。

圖一 HFSS波導電磁仿真三維圖

現在我們來簡單舉一個例子,下圖是無線電廣播發射與接收過程的示意圖。無線電發射機輸出的射頻信號功率,通過饋線(電纜)輸送到天線,由天線以電磁波形式輻射出去。電磁波到達接收地點后,由天線接下來(僅僅接收很小很小一部分功率),并通過饋線送到無線電接收機。那么在這里面射頻電路大概包括的過程就是從發射機的射頻功率放大電路、饋線、天線到接收天線這一部分的電路。目前華為的射頻大概包括饋線、天線等部門。

圖二無線電廣播發射與接收過程

從上面的例子我們可以看到射頻在這些電路中傳送到空間是以電磁波的形式存在的,對于如此抽象的東西,我們就要借助各種軟件,對電磁波在傳輸線、饋線中的傳輸狀況以及天線在空間中的輻射狀態進行探究。

在解決射頻問題時經常使用的軟件主要有以下幾種。那么我們常常是根據自己的專業領域和正在研究的項目內容來決定使用的軟件。現在就簡單介紹一下各種軟件的用途及區別。

HFSS是Ansoft公司推出的三位電磁仿真軟件,能計算任意形狀三維無源結構的S參數和全波電磁場。HFSS軟件擁有強大的天線設計功能,它可以計算天線參量,如增益、方向性、遠場方向圖剖面、遠場3D圖和3dB帶寬等;上面的第一張圖就是通過HFSS仿真的電磁波在波導中傳輸的狀況。

圖三 HFSS三維仿真軟件

ADS是Agilent公司開發的EDA軟件,電子設計功能十分強大,包含時域電路仿真 (SPICE-like Simulation)、頻域電路仿真 (Harmonic Balance、Linear Analysis)、三維電磁仿真 (EM Simulation)、除此之外還有通信系統仿真(Communication SystemSimulation)、數字信號處理仿真設計(DSP);ADS支持射頻和系統設計工程師開發所有類型的RF設計,從簡單到復雜,從離散的射頻/微波模塊到用于通信和航天/國防的集成MMIC,是當今國內各大學和研究所使用最多的微波/射頻電路和通信系統仿真軟件軟件。

圖四ADS仿真軟件

CST也是一款三維電磁場仿真軟件,是面向3D電磁、電路、溫度和結構應力設計工程師的一款全面、精確、集成度極高的專業仿真軟件包。包含八個工作室子軟件,集成在同一用戶界面內,為用戶提供完整的系統級和部件級的數值仿真優化。軟件覆蓋整個電磁頻段,提供完備的時域和頻域全波電磁算法和高頻算法。

三種軟件的比較

首先是HFSS與ADS的比較:HFSS主要是用來仿真器件的,比如天線、濾波器等三維器件。而ADS主要用來仿真電路,比如應用在微波射頻電路、RFIC、通信電路。所以很明顯如果你是想做射頻電路就使用ADS,做天線及微波無源器件則使用HFSS或CST。

圖五電視天線

當然它們也有各自有缺陷,比如從電磁場性質來看,ADS不能仿真三維電磁場,適用于微波高速電路的設計,對于這種平面電路的電磁場仿真一般都是2.5維的,HFSS適用于三維電磁場分析;而從微波器件有源無源性來說,HFSS不能仿有源器件,但是ADS可以仿真有源器件。所以很多時候我們都是兩個軟件協調使用。

接下來是CST與HFSS比較:首先從仿真速度來看,CST的速度要快得多,HFSS會產生很多的臨時文件,太耗資源;但是CST的仿真精度沒有HFSS那么高;一般HFSS是閉場的時候比較準,而CST是開場的時候比較準。但是從仿真寬帶上看,如果仿真的帶寬較寬建議使用CST,因為HFSS需要進行分段仿真,所以速度慢。